УДК  546.185:543.226


НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНИЙ СИНТЕЗ ТВЕРДОГО РОЗЧИНУ ЦИКЛОТЕТРАФОСФАТІВ ЦИНКУ І МАГНІЮ


Корольчук Я.П., Алмаші О.І., Антрапцева Н.М.

Національний  університет

біоресурсів і природокористування  України,                                                                                                              м. Київ,Україна


Неорганічні фосфатні матеріали, отримані на основі безводних конденсованих солей, широко використають як люмінесцентні матеріали, активні каталізатори органічного синтезу, пігменти, емалі, термочутливі фарби ін. [1-3].

Перспективними в цьому плані є тверді розчини циклотетрафосфатів двовалентних металів, зокрема цинку і магнію, вміст катіонів в складі яких можна керовано змінювати, варіюючи тим самим їх фізико-хімічні та експлуатаційні характеристики.

Тверді розчини циклотетрафосфатів одержують твердофазною взаємодією при високих температурах:

– різноманітних за складом вихідних сумішей (карбонати, оксиди двовалентних металів та фосфати лужних металів або амонію) [2];

– механічної суміші індивідуальних дигідрогенфосфатів [3].

Використання цих методів в основі енергозберігаючої технології твердих розчинів циклотетрафосфатів двовалентних металів не можна визнати раціональними оскільки ним властиві всі недоліки високотемпературного синтезу.

Мета даної роботи – визначити умови низькотемпературного синтезу твердого розчину циклотетрафосфатів цинку і магнію зневодненням гідратованих дигідрофосфатів.

В якості вихідних кристалогідратів викорисовували твердий розчин дигідрогенфосфатів дигідратів загальної формули Zn1-xMgx(H2PO4)2.2H2О, 0<x<1,0. Зневоднення виконували диференціально-термічним методом в умовах динамічного (деріватограф Q-1500 D) і квазіізотермічного режимів нагрівання. Ідентифікацію продуктів часткового і повного зневоднення виконували за допомогою комплексу фізико-хімічних методів дослідження: рентгенофазовий аналіз, ІЧ спектроскопія, кількісна хроматографія, аналогічно описаному в [4].

Результати термоаналітичних досліджень свідчать про те, що нагрівання Zn1-xMgx(H2PO4)2.2H2О до 170-185°С (залежно від вмісту катіонів) не призводить до конденсації монофосфатного аніону. Підвищення температури до 205-295°С супроводжується утворенням поліфосфатів з лінійною будовою аніону складу (Zn1-xMgx)(n+2)/2PnO3n+1. Ступінь поліконденсації фосфатного аніона залежно від температури нагрівання та катіонного складу вихідного гідратованого фосфату змінюється від 2 до 9. Одночасно з твердою фазою в продуктах часткового зневоднення виділяються вільні фосфатні кислоти, які беруть участь в утворенні повністю зневодненого фосфату.

Термообробка дигідрогенфосфатів в інтервалі 390-450°С призводить до утворення конденсованих фосфатів загальної формули Zn2-хMgхР4O12 (n = 4) з принципово відмінною будовою аніона – циклічною. Ідентифікація їх свідчить про те, що вони являють собою твердий розчин циклотетрафосфатів цинку і магнію. Утворення їх реалізується за двома напрямками процесу. Відповідно першому з них, до 85% циклотетрафосфату утворюється під час дегідратації протонованих конденсованих фосфатів, до 15% – за участю вільних фосфатних кислот. Кількісні співвідношення напрямків процесу утворення циклотетрафосфатів цинку-магнію визначаються природою катіона.

Визначені температурні інтервали утворення та термічної стабільності продуктів термообробки Zn1-xMgx(H2PO4)2.2H2О, 0<x<1.0, дозволили встановити умови низькотемпературного синтезу циклотетрафосфатів цинку-магнію за мінімальних енерговитрат.


Список літератури:

1. Каназава Т. Неорганические фосфатные материалы / Т. Каназава [пер. с англ.]. – К.: Наук. думка, 1998. – 297 с.

2. Констант З.А. Фосфаты двухвалентных металлов / З.А. Констант, А.П. Диндуне. – Рига: Зинатне, 1987. – 371 с.

3. Щегров Л.Н. Фосфаты двухвалентных металлов / Л.Н. Щегров. – К: Наук. думка, 1987. – 216 с.

4. Antraptseva N.M. Thermal solid-phase transformations of the hydrated Zn-Co(II) diphosphates / N.M. Antraptseva, N.V. Solod, L.B. Koval // Chemistry of Metals and Alloys. – 2014. – V. 7(1/2). – P. 9-14.